Электротехника. элтех. Контрольная работа 1 Вариант 37. 36. Поясните устройство и принцип действие биполярного транзистора. Поясните классификацию транзисторов
 Скачать 0.79 Mb.
|
|
Контрольная работа №1 Вариант 37. 36. Поясните устройство и принцип действие биполярного транзистора. Поясните классификацию транзисторов. Основной функцией биполярного транзистора (БТ) является увеличение мощности входного электрического сигнала. Эти полупроводниковые радиокомпоненты появились, как альтернатива электровакуумных триодов, и со временем практически вытеснили их из отрасли .  Этот полупроводниковый триод состоит из 3 частей – эмиттера, коллектора и базы. Таким образом, ключевыми элементами биполярного транзистора являются два p-n-перехода, а не один, как в полевых. Эмиттер исполняет функцию генератора носителей заряда, которые формируют рабочий ток, стекающий в приёмник – коллектор. База необходима для подачи управляющего напряжения. Если рассматривать плоскую модель БТ, то радиокомпонент представляет собой две области с p- или n-проводимостью (эмиттер и коллектор), разделённые тонким слоем полупроводника с проводимостью обратного знака (база). Полупроводниковый кристалл со стороны коллектора физически крупнее. Такое соотношение обеспечивает правильную работу биполярного транзистора. В зависимости от типа проводимости эмиттера, коллектора и базы различают PNP- и NPN-транзисторы. В принципе, они функционируют одинаково с той лишь разницей, что к ним прикладываются напряжения разной полярности. Выбор того или иного вида БТ определяется особенностями конкретных радиотехнических устройств. Принцип работы биполярного транзистора. В базовом слое полупроводника возникают физико-химические процессы электронно-дырочной рекомбинации, в результате которой через базу начинает течь небольшой ток. В результате p-n-переходы открывают путь потоку носителей заряда от эмиттера к коллектору Если ток, протекающий через базу, меняется по какому-то закону, то точно так же изменяется и мощный ток между эмиттером и коллектором. Следовательно, мы получаем на выходе биполярного транзистора такой же сигнал, как и на базе, но с более высокой мощностью. В этом и состоит усилительная функция биполярного транзистора. Если обобщить и структурировать транзитеры, можно выделить следующую классификацию: Биполярные транзисторы; p-n-p-типа; ... Лавинные транзисторы; Однопереходные транзисторы; с p-базой; ... Полевые (униполярные) транзисторы с управляющим переходом; ... Полевые транзисторы c изолированным затвором (МДП-транзисторы) (MOSFET); 49. Поясните устройство диодной оптопары, принцып действия. Начертите схему включения. Укажите область применения. Оптопарой (иначе – оптроном) называют электронные прибора предназначенные для преобразования электрических сигналов в световые, их передачи через оптические каналы и повторного преобразования сигнала вновь в электрический. Оптопара или оптрон состоит из фотоприемника и непосредственно излучателя. Оба элементы помещаются в герметичный корпус, где создан вакуум. Есть огромное количество разновидностей оптопар. Это диодные виды, резисторные или тиристорные оптопары, но существуют и другие. Ее название зависит от типа фотоприемника. Излучателем служит, как правило, светодиод, основанный на полупроводниковом эффекте. Обычны это инфракрасный свет с длиной волны 0,9-1,2 мКм. Также существуют светодиоды красного света и даже имеющие в качестве источника света лампы накаливания. В статье будет рассказано о строении таких оптопар, как они устроены и где они применяются. Схема подключения:  Существует множество сфер, в которых необходимо использование оптронов. Такая широта применения обусловлена тем, что они являются элементами, обладающими множеством различных свойств и на каждое их качество приходится отдельная сфера применения. Фиксация механического воздействия (применяются устройства, оснащённые оптическим каналом открытого типа, который можно перекрыть (оказать механическое воздействие), а значит, само устройство можно использовать как сенсор): Детекторы наличия (выявление наличия/отсутствия бумажных листов в принтере); Детекторы конечной (начальной) точки; Счётчики; Дискретные спидометры. Гальваническая изоляция (использование оптронов позволяет передавать сигнал не связанный с напряжением, также с их помощью обеспечивается бесконтактное управление и защита), которая может обеспечиваться: Оптопарой (в большинстве случаев применяется как информационный передатчик); Оптореле (более прочего подходит для управления сигнальными и силовыми цепями). 7. Пользуясь вольт-амперной характеристикой полупроводникового диода ,определите сопротивление постоянному току при прямом Uпр и обратном Uобр напряжениях для двух значений температуры Т1 и Т2. Поясните влияние температуры на параметры диода. Поясните систему обозначений полупроводниковых диодов. Перечислите основные параметры выпрямительных диодов,приведя их буквенные обозначению. Номер рисунка 1 Uпр=0,55 В Uобр=125В Т1=-60К Т2=25К  Iпр=45 мА - - 600К=> Rпр=0,55*45=0,025Ом Iпр=140 мА - - 250К Rпр=0,55*140=0,077Ом Iобр=3 мА - - 600К Rпр=125*3=0,375 Ом Iобр=20мА - - 250К Rпр=125*20=2,5Ом С уменьшение температуры сопротивление увеличивается. Первый элемент (цифра или буква) кода обозначает исходный полупроводниковый материал, второй (буква) — подкласс приборов, третий (цифра) — основные функциональные возможности прибора, четвертый — число, обозначающее порядковый номер разработки, пятый элемент — буква, условно определяющая классификацию (разбраковку по параметрам) приборов, изготовленных по единой технологии. Для обозначения исходного полупроводникового материала используются следующие символы: Г или 1 — германий или его соединения; К или 2 — кремний или его соединения; А или 3 — соединения галлия; И или 4 — соединения индия. Для обозначения подклассов диодов используется одна из следующих букв; Д — диоды выпрямительные и импульсные; Ц — выпрямительные столбы и блоки; В — варикапы; И — туннельные диоды; А — сверхвысокочастотные диоды; С — стабилитроны; Г — генераторы шума; Л — излучающие оптоэлектронные приборы; О — оптоэлектронные пары. Для обозначения наиболее характерных эксплуатационных параметров используются цифры: 1 — прямой ток до 0,3 А; 2 — прямой ток  Рис. 1.11. Условные графические изображения полупроводниковых диодов более 0,3 Л, но не свыше 10 А; 3 — выпрямительные диоды с постоянным или средним значением прямого тока более 10 А; 4 — импульсные диоды с временем восстановления обратного сопротивления более 500 наносекунд (нс); 5 — импульсные диоды с временем восстановления более 150 нс, но не свыше 500 нс; 6 — импульсные диоды с временем восстановления 30-150 нс; 7 — импульсные диоды с временем восстановления 5-30 нс; 8 — импульсные диоды с временем восстановления 1-5 нс; 9 — импульсные диоды с эффективным временем жизни неосновных носителей заряда менее 1 нс. Выпрямительные столбы и блоки (подкласс Ц): 1 — столбы с постоянным или средним значением прямого тока не более 0,3 А; 2 — блоки с постоянным или средним значением прямого тока не более 0,3 А; 3 — блоки с постоянным или средним значением прямого тока 0,3-10 А. Варикапы (подкласс В): 1 — подстроечные варикапы; 2 — умножи- тельные варикапы. Туннельные диоды (подкласс И): 1 — усилительные туннельные диоды; 2— генераторные туннельные диоды; 3 — переключательные туннельные диоды; 4 — обращенные диоды. Сверхвысокочастотные диоды (подкласс А): 1 — смесительные диоды; 2 — детекторные диоды; 3 — усилительные диоды; 4 — параметрические диоды; 5 — переключательные и ограничительные диоды; 6 — умножительные диоды; 7 — генераторные диоды; 8 — импульсные диоды. Стабилитроны (подкласс С): 1 — стабилитроны мощностью не более 0,3 Вт с номинальным напряжением стабилизации менее 10 В; 2— стабилитроны мощностью не более 0,3 Вт с номинальным напряжением стабилизации 10-100 В; 3 — стабилитроны мощностью не более 0,3 Вт с номинальным напряжением стабилизации более 100 В; 4 — стабилитроны мощностью 0,3-5 Вт с номинальным напряжением стабилизации менее 10 В; 5 — стабилитроны мощностью 0,3-5 Вт с номинальным напряжением до 100 В; 6 — стабилитроны мощностью 0,3-5 Вт с номинальным напряжением более 100 В; 7 — стабилитроны мощностью 5-10 Вт с номинальным напряжением до 10 В; 8 — аби- литроны мощностью 5-10 Вт с номинальным напряжением до 100 В; 9 — стабилитроны мощностью 5-10 Вт с номинальным напряжением более 100 В. Генераторы шума (подкласс Г): 1 — низкочастотные генераторы шума; 2 — высокочастотные генераторы шума. Для обозначения порядкового номера разработки используется двухзначное число от 01 до 99. Если порядковый номер разработки превысит число 99, то в дальнейшем применяется трехзначное число от 101 до 999. 20. Расчитайте необходимое количество последовательно соединенных диодов,если максимально допустимое постоянное обратное напряжение диода составляет Uобр.мах=100В максимального значения обратное напряжения в схеме выпрямления на ветви с последовательно включенным диодами U` обр мах=250В, Определите величину обратного напряжения на каждом диоде, если обратные сопротивления диодов равны rобр1=0,05мОм, rобр2=0,045мОм, rобр3=0,052 мОм. Сделайте выводы по результатам расчетов. Поясните причину неравномерного распределения и способы выравнивания обратного напряжения на диодах. Рассчитайте необходимое количество параллельно соединённых диодов, если максимально допустимый прямой ток одного диода составляет Iпр max=3*10^3мА,а ток нагрузки Iн=8*10^3мА. Сделайте вывод по результатам расчетов. Поясните причину неравномерного распределения и способы выравнивания токов параллельно включенных диодов. Решение. 1)Необходимое число диодов n определим по формуле:  Принимаем n=3. 2) rобр1=U/∆I,U1= rобр1*∆I, U1=0.05*5*10^3=251 Oм rобр2=U/∆I,U2= rобр2*∆I, U2=0.045*5*10^3=225 Oм rобр3=U/∆I,U3= rобр3*∆I, U3=0.052*5*10^3=260 Oм Причины неравномерного распределения блокирующих напряжений: Различия утечек в последовательно соединенных приборах вследствие естественного технологического разброса и (или) различных рабочих температур вследствие, например, различных условий охлаждения (к сведению: в среднем изменение температуры на 8°С приводит к изменению утечек в два раза). Перенапряжение возникает на приборах, имеющих меньшее значение тока утечки; Разброс времени включения отдельных тиристоров, соединенных последовательно в ветви, ведет к перераспределению напряжения между включившимися ранее и включающимися с запозданием тиристорами. Перенапряжение возникает на тиристорах, включающихся с опозданием; Разброс величин заряда обратного восстановления в последовательно соединенных приборах приводит к тому, что в момент восстановления такие приборы принимают обратное напряжение в различное время. Перенапряжение возникает на тиристорах, имеющих меньший заряд обратного восстановления. Способы выравнивания распределения блокирующих напряжений: Для снижения влияния неравномерности токов утечки последовательно включенных СПП используют включение шунтирующих высокоомных резисторов параллельно каждому полупроводниковому прибору (диоду или тиристору). Чем выше требование к выравниванию напряжения в этом режиме, тем меньше должны быть значения шунтирующих резисторов; Для уменьшения неравномерности распределения блокирующих напряжений, которое возникает из-за разброса значений зарядов обратного восстановления СПП, применяются снабберные RC-цепи, включенные параллельно каждому полупроводниковому прибору. Чем больше значение снабберной емкости, включенной параллельно прибору, тем меньше неравномерности распределения блокирующих напряжений. Однако увеличение емкости — это не всегда рациональный способ, поэтому необходимо подбирать приборы для последовательного соединения по заряду обратного восстановления. Как правило, разброс зарядов принимают равным 5% или 10%. Для уменьшения разброса времени включения СПП применяют мощные импульсы управления с крутым фронтом, что приводит к уменьшению времени задержки включения тиристора и минимизации влияния этого эффекта на распределение напряжения. Наличие снабберных RC-цепей параллельно каждому прибору оказывает положительное воздействие, так как до момента включения к тиристорам прикладывалось некоторое прямое напряжение, до которого также были заряжены снабберные конденсаторы. Это напряжение в первый момент времени после включения тиристора прикладывается к нему и обеспечивает равномерность распределения напряжения. 3) Необходимое количество параллельно соединённых диодов  Принимаем n=3 Основная причина неравномерного деления прямых токов между параллельно включенными вентилями состоит в расхождении прямых ветвей их вольтамперных характеристик. 23.Даны семейства входных и выходных характеристик транзистора включенного по схеме с ОЭ. Дано: Ек=8В Rн=0.2кОм Iоб=0,6 мА Iбм=0,4 мА Pк мах=120 мВт Решение: 1)Выходные статические характеристики транзистора с необходимыми построениями показаны на рисунке 1.1. Нагрузочная линия соответствует графику уравнения IК=(EК-UКЭ)/RН. На семействе выходных характеристик ордината этой прямой при UКЭ=0 соответствует точке IК=EК/RН=40. Абсцисса при IК=0 соответствует точке UКЭ=ЕК=8. Соединение этих координат и является построением нагрузочной линии. В нашем случае IоБ=0,6мА. 2)Координаты рабочей точки дают значение рабочего режима выходной цепи UКЭ0=4В и IК0=20мА. Определяем параметры режима по постоянному току                                    Uкm=2,25 Uкm=2,2 Iкm=13 Iкm=12 Uбм=0.07 Uбм=0.06 Iбм  На входных характеристиках (рисунок 1.2) рабочую точку определяем как точку пересечения ординаты, соответствующей току IБ0=200 мкА, и характеристики при UКЭ=5 В (РТ). Определяем: UБЭ0= 0,27 В. Определяем мощность рассеиваемую на коллекторе . PК0= UКЭ0 · IК0 = 4 · 20=80 мВт< Pк мах=120 мВт 3) IКМ , UКМ , UБМ U БМ= (U-БМ + U+БМ)/2 =(0,07+0,06)/2=0,065 В IКМ =(13+12)/2=12,5 В UКМ =(2,2+2,25)/2=2,225 В Затем определяем: КI= IКМ/ IБМ=12,5/0,4=31,25 КU= UКМ/ UБМ=2,225/0,065=34,23 КР= КI · КU=31,25 · 34,23= 1069,71 Находим RВХ= UБМ/ IБМ= 0,065/31,25=0,00208 Ом  схема включения транзистора с оэ в усиленный каскад.Контрольная работа №2 Вариант 37. 7. нет условия. 15. нет условия. 28.Задача. Дано: U1=110В  S=51ВА F=50Гц, Е1=U1 N1=605 N2=384 Найти Фм U7-9=U2 Решение: Согласно определению коэффициента трансформаций трансформатора запишем по такой формуле: U₁/U₂ = N₁/N₂ U2= N₂ *U₁/ N₁=384*110/605=69,81В Номинальный ток на первой обметке I=S/√3Un=51/√3*110=0.27A Величина магнитного потома находится по формуле:  Ф= 11/4,44/0,27/50=0,18пФкоэффициент трансформации: k=U₁/U₂=110/69,81=1,57; 40. Дано: Uн=200В N=1200 об/мин, Rя=0,2Ом Rв=100Ом I=130A M=183 Нм Определить Iя Iв PI P2 Η ΣP Решение: Ток якоря найдем по формуле  Iя=E/ΣR=200/(0.2+100)=1.996A Ток возбуждения найдем из формулы Iв=U/Rв=200/100=2А Потребляемая мощность Р1=200*130=26кВт Полезная мощность определяется по формуле: Р2=Мn*N/9.55=1200*183/9,55=23 кВт Вычислим КПД:η=Р2/Р1=113% Вычислим потери можности: ΣP= Р2-Р1=3кВт Ответ: 1,996А,2А,26кВт,113%3кВт, 49. Дано: Рн-? S1-? UH=190 I=2.3A Cosϕ=0.82 ΣP=75 η=? n=2800об/мин M=2,07 Нм S=? Решение: Потребляемая мощность: S1=√3UH*IH=√3*191*2.3=760.88кВт Активная мощность: Р1= S Cosϕ=760*соs 0.82=759 кВт Коэффициент полезного действия двигателя: η = Р2/Р1 = Р2/ (Р2 + ΣР)=606/(606+75)=89% Номинальный момент развиваемый двигателем: М = 9550∙ РН / n2=> РН= М/9,550*n2=2.07*2800/9,550=606 кВт s = (n1 — n2 ) / n1=(1000-2800)/1000=-1,8 , где n1 — синхронная скорость вращения поля, об/мин, n2 — скорость вращения ротора асинхронного мотора, об/мин n1 = 60 ∙ƒ / р=60*50/3=1000 ƒ = 50 Гц , частота тока сети, р – число пар полюсов. Ответ: -1,8,606кВт,780 кВт, 89% |